علم سرامیک

-  انواع روش هاي پرس:

پرس نيمه خشک ، پرس خشک و  پرس پودر ،  در متون فني سراميک  به طور کلي تمايز کاملاً  قاطع  و مشخصي  بين  اين اصطلاحات وجود ندارد  و حتي در فرهنگهاي فني سراميک نيز  به طور مبهم در اين باره بحث  شــده است  ولي  با  اين همه معمولاً  اصــطلاح  ( پرس نيمه خشک )  در مواردي  مورد استفاده  قرار مي گيرد که مقدار آب موجود در پودر بدنه بيشتر از حدود 5 درصد باشد (حداکثر حدود 15 درصد ) . اصطلاح  ( پرس پودر )  دقيقاً مترادف  با  اصطلاح  (پرس نيمه خشک ) به کار مي رود . از طرف ديگر از اصطلاح (پرس خشک ) در مواردي استفاده مي شود که مقدار آب موجود در پودر بدنه کمتر از حدود 4 درصد بوده و يا به طور کلي پودر بدنه فاقد رطوبت باشد . روش پرس خشک معمولاً جهت شکل دادن فرآورده هاي به کار مي رود که در بدنه آنها يا  رس وجود نداشته و يا مقدار بسيار کمي  وجود داشته باشد در اين شرايط حتماً استفاده از چسبهاي آلي براي ايجاد استحکام در فرآورده هاي خام ضروري است .

 از آنجايي که  در بدنه  انواع  فرآورده هاي سراميک ظريف مقدار زيادي رس وجود  دارد بنا براين روش  پرس خشک به ندرت ممکن است در مورد فرآورده هاي  سراميک  ظريف به کار رود به عبارت ديگر در مورد فرآورده هاي ظريف مناسبتر است که از اصطلاحات  (پرس نيمه خشک )  و يا  (پرس پودر )  استفاده شود .

روش پرس پودر در مجموع براي شکل هاي نسبتاً ساده مورد استفاده قرار مي گيرد . در محدوده سراميکهاي ظريف مهمترين کاربرد اين روش جهت توليد کاشي هاي ديواري و کاشيهاي کف ظريف مي باشد . شکل ساده و تقريباً يکسان و قرار دادي کاشيها باعث گرديده که اين روش شکل دادن در مورد کاشيها تا حدود زيادي خودکار گردد . به نحوي که در صنعت توليد کاشي مي توان يکي ازخودکارترين شاخه هاي اين صنعت را ، توليد سراميکهاي ظريف دانست . در توليد کاشي فشار پرس به طور عادي حدود 50 تا 100 تن بر هر کاشي و مقدار توليد حدود 30 تا 100 عدد در هر دقيقه مي باشد . مقدار رطوبت معمولاً حدود  4 تا 5 درصد است . در هر  صورت هر قدر فشار پرس بيشتر باشد مقدار رطوبت کمتر خواهد بود .

 يکي از مشکلاتي که احتمال بروز آن در هنگام  شکل دادن کاشيها وجود دارد حبس هوا در داخل پودر بدنه در خلال انجام عمل پرس مي باشد . اين عيب خود را به صورت شکافهاي افقي در طول کاشي ظاهر مي سازد . سرعت بيشتر پرس احتمال بروز اشکال را افزايش مي دهد . به علاوه وجود ذرات ريز به مقدار زياد در پودر بدنه نيز باعث شدت بروز  اين مشکل ميگردد .

شکل ذرات پودر  حاصل از خشک کن هاي  افشان کروي مي باشد  با  اين توضيح در صورت  استفاده از پودر هاي حاصل از خشک کن هاي افشان ، احتمال حبس هوا در داخل پودر بدنه کمتر خواهد بود، چرا که عمل خروج  و فرار  از هوا از بين ذرات کروي با سهولت بيشتري انجام مي شود. همچنان که مشاهده مي گردد در روش پر س پودر ، شکل و دانه بندي  ذرات  بسيار مهم  است بنابراين در اين موارد بايد کنترل و دقت لازم به عمل آيد . در دستگاه هاي پرس جديد تر جهت  مقابله با  مشکل حبس هوا  معمولاً  کاشيها با دو يا چند ضربه  شکل مي گيرند . بدين وسيله امکان خروج هوا قبل از ضربه نهايي وجود خواهد داشت .

مزايا و نقاط ضعف روش پرس پودر : 

مهمترين مزاياي اين روش را مي توان حد خودکاري  بسيار  بالا  ، حذف و يا کاهش مرحله خشک کن  فرآورده ها و در نتيجه امکان حصول  و دستيابي به فرآورده هاي با ابعاد دقيقتر و يکسان تر دانست . در مورد نقاط ضعف اين روش اگر از محدوديت استفاده از روش پرس پودر در توليد فرآورده هاي  با شکل پيچيده صرف نظر شود بايد هزينه هاي زيادي که استفاده از اين روش به دنبال دارد ، مد نظر قرار گيرد . ( استفاده از خشک کن هاي  افشان و  پرس ها  به هزينه هايي  نيازمند  است . )

مهمترين نقطه ضعف اين روش از ديدگاه فني شايد عدم  امکان  حصول  به تراکم مناسب و يکنواخت  در فرآورده ها  باشد . با توجه  به اهميت بسيار  زياد  اين مطلب  لازم  است  در اين باره  بحث کو تاهي انجام شود:

در مورد روش پرس پودر اين مطلب کاملاً  مشخص شده است که تراکم  فرآورده هايي که به  اين  روش شکل گرفته اند  در مقايسه با تراکم فرآورده هاي که به روشهاي پلاستيک و با ريخته گري شکل گرفته اند کمتر و ناهمگن تر مي باشد .اين موضوع مي تواند به طور عمده ناشي از دو عامل باشد .

الف : احتمالاً فقدان   نيروي جاذبه  بين  ذرات  در روش  پرس پودر مي باشد . با توضيحاتي که تاکنون داده شده است  يقيناً در حالت پلاستيک نيروي جاذبه  بين ذرات  باردار  وجود دارد .

ب : عدم  امکان  اعمال  فشار  يکنواخت  در حين  عمل پرس  مي باشد.

هنگام  اعمال فشار به قطعه ، تراکم ذرات در قسمتها و سطوحي که مستقيماً در تحت فشار قرار دارند در هنگام مقايسه  با  تراکم ديگر قسمتها  (قسمتهاي که در عمق قطعه قرار دارند ) بيشتر مي باشد . چرا که اصطحکاک بين ذرات  باعث  افت  فشار در قسمتهاي  عمقي ميگردد.  بدين  ترتيب  هر قدر ضخامت  قطعه  بيشتر  باشد  افت  فشار  دستگاه پرس بيشتر بوده و در نتيجه اختلاف در مقدار تراکم ذرات در لايه هاي سطحي و عمقي بيشتر خواهد بود . اين اختلاف در تراکم ممکن است خود را به صورت شکافهاي در طول قطعه نشان دهد. علاوه  بر  اين مـورد  وجود  تفاوت  در  مقدار  تراکم  باعث  بروز  تغيير شکل و حتي  ترک  در  فــرآورده  مي گردد .

در قطعاتي که داراي ضخامت کمي مي باشند اين مشکل مي تواند با اعمال فشار از دو جهت مختلف به عنوان مثال از  پايين و بالا  تا حدود زيادي حل گردد . ولي در فرآورده هاي که داراي ضخامت بيشتري مي باشند اين روش نيز موثر نمي باشد. 

-         اصول پرس :

 درهنگام پرس كلا سه عمل انجام مي شود (به صورت همزمان )

1-    شكل دادن  بدنه

2-    تراكم  و فشردگي  بدنه

3-    ضخيم  شدن

  در مرحله اول  به  مواد خام (پودر)  شكل هندسي  از  پيش مشخص شده  ميدهد. در مرحله دوم  باعث  انسجام و استحكام  در  بدنه  خام  شده تا در مقابل تنش هاي مكانيكي توانايي استقامت داشته باشد. در مرحله سوم فضاي خالي  بين ذرات  پودر  را به شدت كم مي كند . بايد توجه  داشت كه اين مراحل به صورت  همزمان انجام  ميگيرد. البته  شكل دادن  سراميك به  غير از  پرس كردن  راههاي گوناگوني دارد كه از حوصله اين بحث  خارج  است.

-         اجزاي تشكيل دهنده پرس و مراحل كار آن :

همانطور كه در مقدمه توضيح داده  شد  قصد اين نوشته جمع آوري اطلاعات كاربردي  در زمينه توليد است  لذا  در اين  قسمت  نيز اجزايي  از  پرس مورد  بررسي قرار  ميگيرد كه  يك توليد كننده  بايد به آن  توجه  بيشتر  بنمايد  نه  يك  مكانيك .

1-    كشو  drawer))  تغذيه  پرس

2-    قالب

كشو شامل  يك  قيف است كه پودر را از سيلوي پشت پرس گرفته و با حركت بر روي كشو پودر را به صورت يكنواخت به درون حفره كشو انتقال ميدهد .كشو كه از  زير  قيف حركت ميكند  پودر  را جمع آوري كرده  به  درون  حفره  قالب  مي ريزد.

 قالب تشكيل شده از :

1 – چار چوب

2 – سنبه بالايي (طرح پشت كاشي )

3 – سنبه پاييني (روي كاشي )

4-  قطعه نگهدارنده سنبه بالايي

5 - قطعه نگهدارنده سنبه پاييني

پس از اينكه قالب بوسيله كشو پر شد سنبه هاي پاييني وبالايي كه توسط قطعات نگهدارنده حركت ميكنند توسط دويا چند مرحله حركت بسته ميشوند . اولين  حركت  (پرس )  با  كنترل  دقيق  شدت  و  طول حركت

به  منظور خروج  هوا  از  پودر  صورت ميگيرد . عدم  دقت  در  اين مرحله  چه  بسا ممكن است اشكالاتي را در  فرآورده  ايجاد  نمايد.

در آخرين  مرحله بسته شدن  قالب  فشار  نهايي  به پودر وارد ميگردد  تا بدنه فشردگي و استحكام  لازم را بدست آورد . در آخرين مرحله  چرخه  پرس  قالب  باز  شده و  كاشي  توسط  سنبه  از  قالب خارج  شده و  با جلو  آمدن كشو  جهت  با ر گيري  مجدد  قالب  بدنه  از  فضاي  پرس  خارج  مي گردد.

 پارمتر هايي كه بايد در پرس كنترل كرد:- 

1 – رطوبت  پودر  قبل  از  پرس

2– استحكام  خمشي  بدنه  بعد  از  پرس  و مقايسه آن با استحكام خمشي بعد از دراير كه به فاكتور پرس پذيري  معروف  است .

3 – ضخامت  كاشي  بعد  از  پرس

4 – اختلاف  تراكم  در  نقاط  مختلف  سطح كاشي  بعد  از  پرس

-   براي سنجش رطوبت  مقداري از  پودر را قبل از  پرس برداشته و  توسط  ترازوي رطوبت سنج رطوبت آن را  كنترل مينماييم براي كاشي هاي ديوار اين مقدار بايد بين 4 تا 5 در صد باشد.

-   براي  بررسي فاكتور  پرس پذيري  استحكام  خمشي  بعد  از پرس و بعد از دراير را با استحكام سنج اندازه  مي گيريم  اگر نسبت آنها  از  3  كمتر باشد كاشي عيب لايه اي شدن دارد پس  بايد اقدام اصلاحي  انجام  داد.

-   ضخامت كاشي  را  بايد  بعد  از پرس با دقت دهم ميليمتر اندازه گرفت تا  از عملكرد  پرس  و  پودر ورودي  اطمينان  حاصل كرد  اين  مقدار  براي  سايز هاي  مختلف  متفاوت  است.

-   اختلاف  تراكم  در  نقاط  مختلف  سطح  كاشي  را  با  دستگاه  پنتومتري  اندازه  ميگيرند.

- عيوب پرس :

-   هرگاه  يكي از  پارامتر ها  از كنترل خارج  شوند و  يا  تنظيمات  پرس  به صورت كامل  انجام  نگيرد ممكن  است  عيوبي  در كاشي مشاهده شود كه در  زير به  صورت  اجمالي  مورد  بررسي  قرار  ميگيرد.

1-     عيب  عدم  يکنواختي  (عيب ابعاد ) :

عيوب عدم يکنواختي  بيانگر  تلرانس  در خواص  فيزيکي  و مکانيکي  محصول  است  اين  عيب  ناشي از  دانستيه و در  واقع اختلاف  ضخامت  گرانول  پر شده  در  پرس  و  يا  اختلاف در فشار  پرس , تغيير در  ترکيب  بدنه , تغييرات  مکانيزم  آماده  سازي  پودر  و  توزيع  اندازه  ذرات مي تواند  مورد  فوق را ايجاد نمايد حتي تلرانس در ميزان رطوبت  نيز منجر  به بروز عيب  مي گردد . 

دستگاه  پنتومتري  ميزان فشردگي در نقاط مختلف يک بدنه را نشان مي دهد .

2-    عيب پوسته اي  شدن (لمينيشن )

عواملي که سبب ايجاد  اين عيب مي شود عبارتند از :

الف - عدم تلرانس ابعادي  بين  پانج  و قالب . 

ب - ريز بودن  بيش  از حد  پودر

ج – ضخامت  زياد  پودري که داخل قالب ريخته شده است .     

د – ترکيب  بدنه .

ه - عدم  يکنواختي  رطوبت  و  توزيع  اندازه  ذرات .  

و – خشک  بودن  بيش  از حد  پودر .

ز - زياد  بودن  فشار  پرس  در  ضربه اول .

3-    فاکتور پرس  پذيري :

به تجربه ثابت شده  وقتي P.S  بين 3-4  باشد  بهترين حالت را در فرم دهي (شکل دهي ) داريم اگر P.S  کمتر  از 3  باشد عيب  لمينيشن _ پوستگي  شاهد خواهيم بود .

                                      استحکام خشک

                           ---------------------- = P.S    » فاکتور پرس پذيري

                                              استحکام خام

4-     عيب هالو(Halo ) :

عيب هالو :    پليسه هاي کنار کاشي  اگر ميزان  ذرات ريز  زياد  باشد  در اثر ضربه  اول و دوم  به دليل تمايل  هوا  به  خروج  از  درزها جريان هوا ايجاد  مي شود که  سبب حرکت  ذرات ريز  به کنار هاي قالب  شده و حالت  پليسه مانندي در کناره ها ايجاد مي شود  براي رفع  اين عيب  بايد ذرات ريز  را  کم کرد  رطوبت  پودر را  افزايش داد  سرعت ضربه  اول و دوم  را  کاهش  داد و کاهش  تلرانس ابعادي بين  پانچ  و  قالب .

5 - عيب کثيف شدن  قالب ها :

قابليت چسبيدن گرانول  به قالب  به موارد  زير  بستگي دارد :

1-  هر چقدر درجه حرارت قالب کم  باشد گرانول کمتر خشک  شده  و قالب  زود کثيف مي شود . (به صورت نرمال اين دما 35  تا 50 درجه  است )

2-   رطوبت پودر :  هر چه رطوبت پودر بيشتر باشد قابليت کثيف شدن قالب بيشتر ميشود 

3-  ترکيب پودر :  هر پلاستيسيته  ترکيب بيشتر باشد در رطوبت يکسان قابليت کثيف شدن کمتر مي شود 4-  اندازه ذرات : هر چه ذرات ريز تر  باشد کثيف  شدن  قالب کمتر  مي شود  به  تجربه  ديده  شده  ذراتي که با اندازه 70-75  ميکرون حداقل کثيفي را  ايجاد مي کنند  . دليل اين امر اين است که :

-   کمتر بودن رطوبت نسبي ذرات ريز نسبت به کل پودر .

      - در حين خروج هوا  از قطعه  اين  ذرات سريع تر حرکت کرده و باعث تميز شدن  نقاط کثيف مي گردد .

5-   تکنو لوژي تهيه پودر : به تجربه ثابت شده پودري که توسط اسپري دراير تهيه مي شود تمايل بيشتري جهت کثيف کردن قالب دارد .

روش هاي برطرف کردن عيب کثيفي قالب :

1-   افزايش دماي قالب .

2-   استفاده از پوشش پلاستيكي مناسب جهت پانج آئينه .

3-   تميز کردن قالب توسط آب و گازوئيل .

7 - عيب عدم قائمه بودن :

در صورتي که ضخامت پودري که به داخل قالب هدايت مي شود در نقاط مختلف يکنواخت نباشد در نتيجه فشردگي منطقه حاصله در نقاط مختلف يکنواخت نخواهد بود و اين اختلاف در انقباض منجر به عيب عدم قائمه بودن مي باشد .

–        پرس چگونه كار مي كند

پودر پس از تهيه توسط اسپري دراير  بدليل همگن نبودن از نظر رطوبت نمي تواند مستقيما به پرس منتقل شود لذا براي مدتي مشخص بايد در سيلوهايي كه بعد از آن  قرار دارد انبار شود  ، سپس به سمت  پرس حركت كند قبل از پرس نيز مخزني قرار دارد كه براي ذخيره سازي در نظر گرفته شده است پس از آن پودر از مجاورت يك آهن رباي  نسبتا  قوي جهت جلوگيري از ورود موادي  از جنس آهن كه براي پرس و بدنه بسيار مضر است عبور كرده و به مخزن پشت  پرس هدايت مي شود اين پودر بايد  داراي رطوبت  4 تا 5  درصدي باشد. پودر از سيلوي پشت پرس كه توسط يك شير اتوماتيك كنترل ميشود به الك  ويبره منتقل شده و از آنجا به قيف پشت كشوي پرس هدايت مي شود  و توسط كشو به قالب ريخته شده و  پرس ميشود پس از پرس براي خارج كردن پليسه هاي  ناشي از پرس از پشت كاشي  براش خورده توسط برگردان كاشي به رو برميگردد ومجدداً روي آن نيز  از آلودگي  پليسه توسط براش پاك شده و به سمت دراير براي خشك شدن حركت ميكند . اين مرحله بايد داراي استحكام خمشي 7 تا 8 كيلوگرم بر سانتي متر مربع باشد  ، همچنين داراي تفاوت تراكم  حداكثر 4/0  ميليمتر  باشد